Гидравлический расчёт водопропускных сооружений

7) , где - коэффициенты Шези соседним глубинам;

8) , где - заданный расход воды, поступающий из подводящего канала;

9) , где - средние скорости в соседних сечениях;

10) ;

11) , где Э – удельная энергия соответствующих сечений;

12) , где - удельные энергии соседних сечений, причём в последующем сечении для данного типа кривой спада удельная энергия сечения больше, чем в предыдущем;

13) ;

14) l₁ =0, т.к. расчёт кривой свободной поверхности начинается с точки излома дна; последующее числовые значение длин l₂ , l₃,… определяются путём наращивания, а именно: , и т.д.

 Таблица 2.7.

1	2	3	4	5	6	7	8		9	10	11		12	13	14
0,7	1,05	2,9	0,36		43,64		3,62					1,434			0
				0,34		43,27		3,92		0,023			0,163	1,52
0,6	0,9	2,7	0,33		42,91		4,22					1,597			1,52
				0,31		42,45		4,64		0,037			0,336	3,61
0,5	0,75	2,5	0,30		42,00		5,06					1,933			5,13
				0,28		41,41		5,69		0,067			0,711	11,28
0,4	0,6	2,3	0,26		40,83		6,33					2,644			16,4
				0,25		40,61		6,57		0,103			0,325	12,03
0,37	0,55	2,2	0,25		40,40		6,81					2,969			28,4

  

2.2.5Построение  кривой свободной поверхности на водоскате быстротока.

Построение выполняется  на миллиметровой бумаге формата  А4 в следующих масштабах горизонтальный 1:100, вертикальный в 1см 0,05м прилагающий достаточную точность при определение длины участка.

На графике  обязательно  указываются линии критических и нормальных глубин. График показан на Рис. 2.11

По графику видно  что на длине быстротока l=15м  hкб=0,41м

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 2.11

 

2.3. Отводящий  канал

Для защиты от размыва низового откоса земляного полотна дороги и выходной части водопропускного сооружения часто устраивают водоотводные искусственные русла, по своей конструкции мало отличающеёся от подходных русел. Вода, выходящая из отверстия сооружения, часто обладает ещё большой энергией, т.е. повышенной против его естественного состояния разрушительной силой. Опыт эксплуатации водопропускных сооружений показывает, что если не предусмотреть специальных мер, отводные русла на выходе из сооружений сильно размываются, что иногда приводит к авариям сооружений.

Мерами против размывов водоотводных русел, т.е. способами  гашения энергии водного потока, являются: непрерывное рассеивание  энергии водного потока в самом  сооружении; сосредоточенное гашение  энергии потока на выходе из трубы; укрепление отводных русел.

Известно много различных  принципов гашения энергии потока. Наиболее распространенные из них:

1. усиленное перемешивание (этот принцип используется при устройстве повышенной шероховатости поперечных расщепляющих балок, зубчатых порогов).
2. соударение свободных струй в атмосфере;
3. рассеивание энергии в вальцах гидравлического прыжка;
4. сосредоточенное гашение энергии в замкнутом блоке – напорные гасители;
5. отброс струи от сооружения с одновременным их расщеплением и аэрацией (этот принцип реализуется в рассеивающих трамплинах);
6. силовое воздействие на поток в направлении, противоположном течению, путём установки различных препятствий: порогов, шашек, пирсов и.т.п.

 

2.3.1. Определение  гидравлических характеристик потока

Для определения нормальной глубины отводящего канала воспользуюсь графиком K=f(h), построенном в подразделе 2.1.1, предварительно вычислив расходную характеристику K₃₀, соответствующую нормальной глубине h₀₃.

 

 

 

 

 

 

 

 

Из графика на Рис. 2.2 видно что при числовом значении К=К₀₃=76 м³/с, величина нормальной глубины принимает следующие значение  h₀₃=0,85 м.

Критическая глубина не зависит  от уклона дна, поэтому сохранится неизменной на протяжении всего призматического  русла:

Соответственно не изменится и критический уклон:

 

сравню полученное значение i_k3 = 0.008 c заданным i₀₃ = 0.0025 и полученное значение h_k3 = 0,70 м с h₀₃ = 0,85 м.

                                                   т.к. h₀₃ > h_k3   и i_k3>i₀₃.

то можно сделать вывод что поток находится в спокойном состоянии.

Выясняя условие сопряжения бьефов быстротока и отводящего канала, приходим к следующему  выводу: при  смене уклонов i₀₂ на i₀₃ возникает гидравлический прыжок.

 

2.3.2. Расчёт гидравлического прыжка

Явление скачкообразного  перехода бурного потока с глубиной меньше критической  называется гидравлическим прыжком.

Рис. 2.12

Расчёт гидравлического  прыжка сводится к определению его  характеристик: h^’ – второй сопряжённой глубины, l_п – длины гидравлического прыжка (рис. 2.12).

Выполняю расчёт в  следующей последовательность:

1. Определю сжатую глубину h_c методом последовательного приближения:

,

где q – удельный расход;

                      ;

φ – коэффициент скорости, φ = 0.9; Е₀ – энергия, с которой поток приходит в отводящий канал.

Е₀=Е_кб, т.е. энергия на конце быстротока, которую можно определить из уравнения:

                         ,

где h_кб – глубина на конце быстротока, определяется по кривой свободной поверхности при длине l, указанной в исходных данных; V_кб – скорость на конце быстротока, определяется по формуле:

                                   

В первом приближении  не учитывается h_c в знаменателе тогда

Во втором приближении  учитывается h_c1 в знаменателе тогда

В третьем приближение  учитывается h_c2  в знаменателе тогда

т.к расхождение между h_c2 и h_c3 составляет меньше 5% то принимаем за сжатую глубину последнее числовое значение h_c=0.436 м.

2.Рекомендуется за  первую сопряжённую глубину принять  глубину равную   сжатой:

     

3.Определю вторую сопряженную глубину по формуле:

 

4. Сделаем выводы о  типе гидравлического прыжка:

                  т.к.  h_б – нормальная глубина в канале за быстротоком, она не зависит от глубины колодца и остаётся постоянной во втором и третьем приближении (h_б=h₀₃).то гидравлический прыжок отогнанный.

В случае отогнанного  гидравлического прыжка для погашения  энергии, с которой приходит с  быстротока, необходимо в выходной части установить гаситель энергии.

 

 

 

 

2.3.3. Расчёт  водобойного колодца

Гашение энергии в  водобойном колодце осуществляется затоплением гидравлического прыжка, образующимся в колодце при входе  потока с быстротока.

Расчёт гасителя энергии  за быстротоком сводится к определению  глубины и длины водобойного  колодца. Глубина колодца определяется методом подбора.

1. В первом приближении глубина колодца d определяется по формуле:

,

где - коэффициент запаса (1.05 – 1.1); - выше определенная глубина, сопряжённая с глубиной при энергии Е₀₁=Е_кб; h_б – нормальная глубина в канале за быстротоком, она не зависит от глубины колодца и остаётся постоянной во втором и третьем приближении (h_б=h₀₃).

 

 

 

Рис. 2.13

2. Во втором приближении глубина водобойного колодца определяется с учётом глубины d₁

    Здесь ; определяется с учётом глубины колодца , по 

              предыдущей методике при энергии:

3. Так как d₁  и d₂ отличаются более чем на 5%, определяю глубину в третьем приближении:

               где  определяется также с учётом , т.е. при энергии:

Так как d2 и d₃ отличаются менее чем на 5% то принимаем глубину колодца равной 0,41 м.

Длина водобойного колодца l_к определяется, согласно рис. 2.13, суммой дальности отлёта струи l_отл длины подпёртого прыжка l_пп:

.

Существует разные рекомендации по определению этих длин. Воспользуюсь следующим:

где l_п – длина гидравлического совершенного перышка, определяется по рекомендациям Н.Н. Павловского:

 

 

 

              

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЭКОЛОГИЯ  ДОРОЖНЫХ  ВОДОПРОВOДЯЩИХ СОРУЖЕНИЙ

В нашей стране охрана природы стала всенародной задачей. Приняты важнейшие законодательные  акты природоохранного содержания.

Строительство и последующая  эксплуатация дорог оказывает многофакторное влияние на прилегающую к ним  территорию как с нагорной стороны, так и нижней трассы дороги. При строительстве дороги в полосе отвода, а часто и вне её нарушается естественный рельеф местности, меняется состав и состояние верхнего слоя почвы, разрушается растительный покров, существенно меняются условия формирования и характеристики поверхностного стока, водный режим территории.

Размыв почвы и подстилающих пород, образование оврагов представляет угрозу как земельному фонду, так  и устойчивости дорожных сооружений и их элементов. Насыщение водных потоков твёрдыми частицами при размыве и переносе последних создают предпосылки противоположного процесса  заиления.

В нижнем бьефе дорожных водопропускных сооружений наиболее массовым процессом является размыв и оврагообразование. Этот процесс может распространятся на значительные расстояния от дороги вплоть до нескольких километров. Первопричина отмеченного негативного явления – концентрация стока, перевод его из склонового в русловой. Для сопрягающих сооружений характерны переливы, особенно на сочленениях водоотводных систем и резких их поворотах, что так же приводит к крупномасштабным размывам, появлению оврагов.